Zika-virus räjähti maailmanlaajuisesti viime vuonna, kun terveysviranomaiset alkoivat epäillä, että se voi aiheuttaa vaurioita syntymän vaurioita. Kuten vuoden 2014 Ebola-epidemia, pelko nousi nopeasti. Taudin aiheuttama tuho on syvästi järkyttävää osittain siksi, että tartunnan hiukkaset ovat näkymättömiä.
Jotakin tehdä näkyväksi on saada siitä parempi käsitys, tehdä siitä helpompi hallita. Tämän vuoden maaliskuussa Michael Rossmann Indianan Purduen yliopistosta ja hänen kollegansa kartoittivat sitä, mitä Meghan Rosen Science Newsille nimitti Zikan "kuoppaiseksi, golfpallomaiseksi rakenteeksi". Kun rakenne on päätelty, tutkijoilla on nyt lähtökohta oppia, kuinka virus toimii ja voidaanko se lopettaa. Tutkijat etsivät rakenteessa pisteitä, jotka saattavat tarjota kohteen huumeelle.
Siinä, mutta taiteellisemmalla kierroksella, toinen tutkija on maalannut kuvan siitä, miltä se voisi näyttää, kun Zika tartuttaa solun.
David S. Goodsellin akvarelli kuvaa noin 110 nanometrin alueen, kertoo Maggie Zackowitz NPR: lle . Se on melkein 1000 kertaa pienempi kuin tyypillisen ihmisen hiuksen leveys. Maalauksessa virusta edustava vaaleanpunainen pallo on viipaloitu puoliksi paljastaakseen virusgeneettisen materiaalin sotkun. Lihavat ulokkeet viruksen pinnalla tarttuvat vihreisiin torniin, jotka on upotettu vaaleanvihreällä käyrällä, joka näyttää sulkevan sinisen sekoituksen. Viruksen pintaproteiinit sitoutuvat reseptoreihin solun pinnalla, jonka se pian infektoi.
Tappavat virukset eivät koskaan näyttäneet niin kauniilta kuin ne Goodsellin siveltimen alla. Molekyylibiologi, jolla on yhteisiä tapaamisia Scripps Research Institute -tapahtumassa La Jollassa Kaliforniassa ja Rutgersin osavaltion yliopistossa New Jerseyssä, maalaa kirkkaanvärisiä ja kiiltävän näköisiä muotoja, jotka muistuttavat jellybeania, jalkapalloja ja spagetteja, jotka väkijoukot ja rypistyvät yhdessä. Abstraktina kuvina ne ovat ilahduttavia, mutta Goodsellin työ on myös tieteen jalkaa.
Tutkija-taiteilija tekee joitain koulutettuja arvauksia maalauksilleen. "Jotkut esineistä ja vuorovaikutuksista ovat erittäin hyvin tutkittuja ja toiset eivät", hän selittää. "Tiede on edelleen kasvava ala." Mutta hänen asiantuntemuksensa ansiosta hän voi käyttää sivellintä luottavaisesti.
Mikroskooppisen biologisen maailman visualisointi kiinnosti ensin Goodsellia tutkijakoulussa, kun hän veti tekniikoihin, kuten röntgenkristallografiaan, päätelläkseen proteiinien ja nukleiinihappojen taitokset, käänteet ja vääntymiset.
Rakenne on avain antaessaan soluissa toimiville molekyyleille niiden toiminnan, olivatpa ne entsyymejä, jotka pilkkoovat muita molekyylejä, RNA-juosteita, jotka ohjaavat proteiinien rakentamista, tai kuituja, jotka tukevat ja muotoilevat kudoksia. Proteiinitaskut tarjoavat pisteitä, joissa muut molekyylit voivat sitoutua ja katalysoida tai estää reaktioita. Kun Rosalind Franklin onnistui kaappaamaan ensimmäisen DNA-kuvan käyttämällä röntgenkristallografiaa, James Watson ja Francis Crick pystyivät nopeasti päättelemään, kuinka kaksoispiraalin purkaminen voisi tarjota mallin geneettisen materiaalin jäljentämiseen.
"Jos seisotte auton ulkopuolella ja konepelti on kiinni, joten et näe moottoria, sinulla ei ole aavistustakaan kuinka kone toimii", kertoo Rutgersin yliopistossa proteomiikkaa opiskeleva tutkija Stephen K. Burley. Solut itsessään ovat pieniä, monimutkaisia koneita, ja ymmärtäminen kuinka ne toimivat tai mitkä osat ja prosessit menevät pieleen sairauden vaikutuksen alaisena, on katsottava konepellin alle.
Siksi Goodsellin oli ymmärrettävä, kuinka molekyylit muotoiltiin ja kuinka ne sopivat yhteen solun sisällä.
Tietokonegrafiikka oli juuri murtautumassa tutkimuslaboratorion kohtaukseen 1980-luvun puolivälissä ja antanut Goodsellin, nyt 55-vuotiaille, kuten tutkijoille ennennäkemättömän katsauksen tutkittuihin molekyyleihin. Mutta jopa parhaat ohjelmat kamppailivat näyttääkseen yhden molekyylin kaikki hienostuneisuudet. "Proteiinin kokoiset esineet olivat todellinen haaste", hän sanoo. Useiden proteiinien ja niiden paikan visualisointi suhteessa solurakenteisiin oli tuolloin laitteisto- ja ohjelmisto-ominaisuuksien ulkopuolella.
"Sanoin itselleni: miltä näyttää siltä, jos voisimme räjäyttää osan solusta ja nähdä molekyylit?" Goodsell sanoo. Ilman tämän päivän suuritehoisia tietokonegrafiikkaominaisuuksia, hän kääntyi varsin kirjaimellisesti piirustuslautaan kootakseen kaikki bitit tietoa rakenteestaan, jonka hän pystyi luomaan ja luomaan kuvan solun tungosta sisätilasta. Hänen tavoitteensa oli "palata takaisin tutkimaan laajaa kuvaa tieteestä", hän sanoo.
Hänen luomiensa kuvien on tarkoitus olla tieteellisiä havainnollistuksia, jotka inspiroivat tutkijoita ja suurta yleisöä ajattelemaan rakenteita, jotka ovat kemiallisten reaktioiden ja solujen toiminnan taustalla.
Tyypillisesti Goodsell viettää muutama tunti kaivaakseen tieteellistä kirjallisuutta oppiakseen kaiken tutkijan tietävän aiheesta, jota hän haluaa kuvata. Sitten hän laatii suuren lyijykynän luonnoksen opitun perusteella. Hiilipaperi auttaa häntä siirtämään luonnos vesiväripaperiin. Solujen sisällä olevat molekyylit ovat usein pienempiä kuin valon aallonpituus, joten todellinen näkymä molekyylimaisemasta olisi väritön, mutta Goodsell lisää väriä ja varjostusta auttaakseen ihmisiä tulkitsemaan hänen maalauksiaan. Tuloksena on yksityiskohtaiset näkymät työssä käytetystä molekyylikoneistosta.
Esimerkiksi Ebola-maalauksessa virus näyttää valtavalta maolta, joka kasvattaa päätään. Virus on varastanut solukalvon komponentit tartunnan saaneesta solusta, joka on kuvattu vaalean purppuralla, Goodsell kirjoittaa online-resurssille, RCSB: n Protein Data Bank (PDB). Tämän kalvon ulkopintaan takertuvat turkoosi parsakaalipäät ovat glykoproteiineja, jotka voivat tarttua isäntäsolun pintaan ja vetää viruspartikkelin riittävän lähelle, jotta sen geneettinen materiaali (keltaisessa, vihreän nukleoproteiinin suojaamana) voidaan ajaa sisälle. Nämä glykoproteiinit ovat olleet tärkein kohde lääkkeille viruksen torjumiseksi.
Maalaus voitti tämän vuoden Wellcome Image Awards -kilpailun, kilpailun, joka vetää tieteellisten kuvien ja visualisoinnin asiantuntijoita ympäri maailmaa.
Ebola-maalaus ja monet muut Goodsellin kuvat elävät ATE: ssä arkiston johtajan Burleyn valvonnassa. PDB sisältää yli 119 000 proteiinirakennetta, RNA: ta, DNA: ta ja muita molekyylejä. Muutama tilastot osoittavat, kuinka tärkeä rakenne on biologille: Tietopankista on päivittäin noin 1, 5 miljoonaa latausta yksityiskohtaista 3D-rakennetietoa. Viimeisen neljän vuoden aikana ihmiset 191: stä maailman 194 tunnustetusta itsenäisestä valtiosta ovat käyttäneet resurssia.
Heinäkuussa Goodsell julkaisee 200. "Kuukauden molekyylin", sarjan, joka sisältää hänen kuvauksensa proteiineista ja muista molekyyleistä sekä kirjallisen selityksen rakenteiden toiminnasta ja merkityksestä.
Goodsellin työ auttaa kouluttamaan lukion oppilaita ja muita sairauksia aiheuttavien hiukkasten rakenteista ja uutisten uutisista. Niin kutsutun PDB-101-sarjan osalta hänen molekyylinsä auttavat oppilaita ymmärtämään paremmin tyypin 2 diabeteksen tai lyijymyrkytysten taustalla olevia mekanismeja. Hänellä on tuleva laajamittainen maalaus, joka kattaa HIV-viruksen elinkaaren.
Jopa asiantuntijat voivat oppia Goodsellin kuvista. Varhain hän muistelee käyvänsä instituutin ympäri kysyä kollegoiltaan kuinka tungosta heidän mielestään solu oli. Arviot, jotka hän sai takaisin, olivat erittäin laimeat. Vasta kun hän vetäytyi katsomaan suurta kuvaa, kävi ilmeiseksi, että solut ovat erittäin tiheitä ja monimutkaisia.
"En ole tietoinen monista muista ihmisistä, jotka toimivat [Goodsellin] tapa", Burley sanoo. Goodsellin teos yhdistää taiteellisen tulkinnan ja tieteellisen tiedon. "Hän osaa kertoa enemmän 3D-rakenteen tarina käsin kuin pystyt tietokonegrafiikalla. Se on mielestäni hänen teoksensa todellinen kauneus."
Goodsellin työ voidaan nähdä RCSB-proteiinitietopankin " Kuukauden molekyyli " -sarjassa ja hänen verkkosivuillaan . Hänen verkkosivustollaan on myös lisätietoja joistakin tämän artikkelin kuvista.
